孔口流动特性分析与研究

液压传动中，常利用流经液压阀的小孔（称为节流口）来控制流量，以达到调速的目的。液体流经小孔的情况可根据孔口的长径比（通流长度l 与孔径d 之比）分为3 种情况：l/d≤0.5时，称为薄壁小孔；0.5 <l/d≤4 时，称为短孔；l/d>4 时，称为细长孔。

（1）液体流经薄壁小孔的流量

液体流经薄壁小孔的情况如图2.14 所示。根据理论分析和实验验证，薄壁小孔的流量q 为

图2.14　液体通过薄壁小孔

式中　A——小孔截面积；

　　　Cd——流量系数，一般由实验确定；

　　　Δp——孔前后压差。

在液流完全收缩的情况下，当Re≤105 时，Cd=0.964 Re -0.05；当Re>105 时，Cd 可视为常数，取值为Cd=0.60~0.62。当液流为不完全收缩时，其流量系数为Cd≈0.7~0.8。

由式（2.33）可知，通过薄壁小孔的流量与孔口前后的压力差呈非线性关系，与油液的黏度无关，流量不受油温变化的影响。在实际应用中，油液流经薄壁小孔时，流量受温度变化的影响较小，故常用作液压系统的节流元件。

（2）液流流经细长孔和短孔的流量

液体流经细长小孔时，一般都是层流状态，当孔口直径为d，截面积为A=πd2/4 时，其流量公式为

由式（2.34）可知，细长小孔的流量与小孔前后的压差Δp 成正比，与油液的黏度成反比，流量受油温变化的影响较大，实际中常作为阻尼孔。(www.xing528.com)

液流流经短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量计算式，其流量系数可在有关液压设计手册中查得。短孔介于细长孔和薄壁孔之间，由于短孔加工比薄壁小孔容易，故常用作固定节流器使用。

（3）液阻

通过孔口的流量与孔口的面积、孔口前后的压力差以及孔口形式决定的特性系数有关。各种孔口的流量压力特性可表示为

式中　m——孔口形状指数，当孔口为薄壁小孔时，m=0.5；当孔口为细长孔时，m=1；孔口为短孔时，0.5 <m<1；

　　　K——孔口的通流系数，当孔口为薄壁孔时，K=Cd（2/ρ）0.5；当孔口为细长孔时，K=d2/32μl；

　　　A——节流口的通流截面积。

式（2.35）又称孔口压力-流量方程，它描述了孔口结构形式以及几何尺寸、流经孔口的压力降Δp 及孔口通流面积A 之间的关系。类似电工学中电阻的概念，一般定义孔口前后的压力降Δp 与稳态流量q 之间的比值为液阻，即在稳态下，它与流量的变化所需要的压力变化成正比，则

液阻具有以下特性：

①液阻R 与孔口的通流面积A 成反比，A 小，R 大。当A=0 时，R 为无限大；当A 足够大时，R=0。

②在孔口前后压力降Δp 一定时，调节孔口通流面积A 可改变液阻R，从而调节流经孔口的流量q。这种特性即液压系统的节流调节特性。

③在孔口通流面积A 一定时，改变流经孔口的流量，孔口压力降Δp 随之变化。这种特性为液阻的阻力特性，一般用于压力控制阀的内部控制。

④当多个孔口串联时， 总液阻R= ∑Ri； 当多个液阻并联时， 总液阻R=。